机器人手臂柔性触觉传感器阵列的研究

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1、分类号：TH-39密级：公开UDC：621编号：201421202025河北工业大学硕士学位论文机器人手臂柔性触觉传感器阵列的研究论文作者：肖立志学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：郭兰申职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringRESEARCHONTHESENSORARRAYWITHTOUCHINGFORROBOTICARMSbyXiaoLizhiSupervisor:Prof.GuoLanshenMa

2、rch2017摘要对柔性触觉敏感皮肤的研究是目前学术界研究热点之一，它主要应用于智能机器人感知外界环境的技术，并且已经成为判断是否为智能机器人的一种标准特性。本文在总结了国内外柔性触觉敏感皮肤的研究现状、存在的不足以及发展趋势的基础上，设计了一种基于应变片的柔性触觉传感器阵列以及信号扫描和分析处理系统，研制出了具有可扩展性、柔性较好、分辨率高、材料易获得等特点的柔性触觉传感器阵列，并且设计了一套集成度高、成本低、处理速度快的硬件系统。为机器人柔性触觉敏感皮肤的研发奠定了一定的基础。柔性触觉敏感皮肤扫描和信号分析处理系统包括柔性触觉传感器阵列、基于STC89C52单片机和FP

3、GA的信号处理系统以及具有显示传感器阵列位置功能的LabVIEW显示界面。本文将要针对以下几点进行研究：（1）设计柔性触觉敏感皮肤传感器单元的结构以及排列方式；（2）设计一套能够扫描柔性触觉敏感皮肤和处理输出信号的硬件系统，包括扫描电路、采集电路以及信号分析处理电路。（3）基于LabVIEW虚拟仪器软件开发平台设计了串口通信程序和数字信号采集程序。（4）对柔性触觉敏感皮肤进行单通道单点实验、单通道多点实验以及多通道多点实验。当柔性触觉传感器阵列受力时，应变的组织电阻变大，导通开关电路，电路输出信号便会相应的发生变化，由此反应出外部受力的情况。本文采用行扫描法对柔性触觉传感器

4、阵列逐行扫描，把柔性触觉传感器阵列的行、列分别接扫描电路和信号采集电路，通过扫描电路和采集电路进行块选，将每个传感器单元的电压信号依次输入到信号调理电路，然后再由单片机将处理好的信号输入到计算机中，最后将计算机采集到的信号在LabVIEW设计的显示界面中显示出来。通过理论分析和实验验证，本文设计的柔性触觉敏感皮肤及其信号分析处理系统是可行的，能够快速准确获取柔性触觉敏感皮肤的位置和受力大小的信息，从而为机器人柔性敏感皮肤的研发提供了一种新的方法。关键词：柔性触觉敏感皮肤LabVIEW单片机FPGAIABSTRACTThestudyofflexibletouch-sensit

5、iveskinisoneofthehotspotinacademicresearch,itismainlyusedinthetechnologyofintelligencerobotperceptionoftheexternalenvironment,andhasbecomeastandardcharacteristicofjudgingwhetheritistheintelligentrobot.Basedontheflexibletouchsensitiveskinresearchstatusathomeandabroadaresummarized,thedeficie

6、nciesandthedevelopmenttrend,developedwithgoodscalability,flexibility,highresolution,thematerialeasytoobtainthecharacteristicsofflexibletactilesensorarray,anddesignasetofhighintegration,lowcost,fastprocessingspeedofthehardwaresystem,aflexiblestrainsensorarraybasedonstraingaugeandsignalscann

7、ingandanalysissystemisdesigned.Whichhavelaidafoundationforthedevelopmentofflexibletouch-sensitiveskin.FlexibleTactileSensitiveSkinScanningandSignalAnalysisProcessingsystemsincludeflexibletactilesensorarrays,signalprocessingsystemsbasedonSTC89C52MCUandFPGAs,and